具有不对称的内螺纹和外螺纹的滑动式螺纹传动装置以及相应的丝杠螺母的制作方法

本发明总体上涉及用于将旋转运动转换成纵向运动或反之的滑动式螺纹传动装置或滑动式螺纹驱动装置。本发明尤其涉及具有丝杠和丝杠螺母的滑动式螺纹传动装置，其中，至少丝杠螺母的内螺纹或优选整个丝杠螺母由塑料制成，而丝杠的外螺纹具有比由塑料制成的所述内螺纹高的强度。

背景技术：

在螺纹传动装置中，区分为滚动式螺纹传动装置(例如具有滚珠作为滚动体的滚珠螺纹传动装置)和所谓的传统的滑动式螺纹传动装置。本发明涉及滑动式螺纹传动装置。已知的是：在这种滑动式螺纹传动装置中在具有高强度的丝杠(例如钢制的)上使用塑料丝杠螺母。这种滑动式螺纹传动装置例如由公开文献DE 2300851已知。

具有塑料丝杠螺母的滑动式螺纹传动装置尤其提供以下优点：其可在极少维护的情况下运行、尤其是可在无润滑剂的情况下运行。

EP 2 581 209 A1描述了一种这样的滑动式螺纹传动装置，其专门用于运行压力活塞，其中，内螺纹和外螺纹实施成相互不对称，即实施有不同的几何结构。在根据EP 2 581 209 A1的丝杠传动装置中，丝杠螺母内螺纹的齿侧面关于径向平面并非构造成镜像对称，而是构造成不对称。在此，回归齿侧面相对于工作齿侧面具有显著较平的角度，由此，丝杠螺母可接收较大的驱动方向上的力，因为丝杠螺母齿根上的螺纹受到更好的支撑。通过该构型，即使在迄今通常需要钢来作为丝杠螺母材料的高负载的情况下也可使用塑料作为丝杠螺母材料。在考虑该目标的情况下将EP 2 581 209 A1视为最接近的现有技术。

技术实现要素：

从前述现有技术出发，本发明的任务在于，提供一种滑动式螺纹传动装置，其具有丝杠螺母，该丝杠螺母完全地由塑料制成或至少在该丝杠螺母的内螺纹区域中由塑料制成，所述滑动式螺纹传动装置提供更长的使用寿命并且适用于更多应用。同样提出相应地适合于这种滑动式螺纹传动装置的丝杠螺母。

根据权利要求1的滑动式螺纹传动装置和根据权利要求11的、用于这种滑动式螺纹传动装置的丝杠螺母相互独立地解决前述任务。

在最简单的实施方式中，所述任务已通过下述方式解决：丝杠螺母的内螺纹具有这样构型的螺纹横截面，使得螺纹螺旋的确定用于啮合到丝杠的螺纹沟道中的齿廓截面面积以可测的程度大于丝杠螺母的螺纹沟道的空缺的沟道截面面积。这些截面面积在此是在穿过丝杠螺母或丝杠的中心纵轴线的纵截面中看的横截面面积，该纵截面相应于示意性的所述齿廓截面。所述齿廓截面面积表示丝杠螺母的螺纹螺旋或齿部在所述平面中看的以下截面面积：所述截面面积是在位于螺纹根部上的纵轴线平行线与位于齿顶或者说顶点上的纵轴线平行线之间测量的。沟道截面面积表示丝杠螺母螺纹的螺纹沟道的相应地看的空缺面积，丝杠的外螺纹的螺纹螺旋或者说齿部啮合到该空缺面积中。

在优选实施方案中，丝杠螺母的内螺纹的齿廓截面面积是该内螺纹的空缺的沟道截面面积的至少1.2倍大。所述沟道截面面积表示螺纹沟道的空缺面积。当前，螺纹沟道要理解为螺纹的缺口或者说螺纹槽并且并不非是螺纹螺旋或齿部。

在特别优选的实施方式中提出，正的所述齿廓截面面积具有一面积尺寸，该面积尺寸处于所述沟道截面面积的对应面积尺寸的1.2倍至2倍的范围内，特别优选处于1.25至1.4倍的范围内。由此，也可将至少在内螺纹区域中由塑料制成的丝杠螺母制造得具有更长的使用寿命并同时能承受很高的轴向负载。在本发明的意义上的尺寸区别很容易实施到实际中，其方式是：从具有对称齿部的丝杠传动装置传统构型出发，在丝杠方面例如将螺纹螺旋构型成比对称的实施方案窄约10-35％而螺纹沟道构型成比对称的实施方案宽约10-35％。在构型丝杠螺母时相应地反过来设置。

为了提高应用可能性而有利的是：对置的齿侧面在丝杠螺母的内螺纹的齿廓截面中(在齿廓简图中)相对于径向平面(垂直于纵轴线)实施成镜像对称。特别优选，设置对于传动螺纹而言很大的齿侧面角，该齿侧面角处在30°至70°的范围内，尤其在45°至70°的范围内。在此，齿侧面角要理解为螺纹齿侧面相对于对置的螺纹齿侧面的角度。通过相应地优化的齿侧面角可实现更高的效率，其中，可同时在两个平移方向上(即，与转动方向无关地)获得高的负载。

为了避免振动以及避免产生不希望的噪声而有利的是，从齿侧面到螺纹齿顶的过渡部以及从齿侧面到螺纹根部的过渡部倒圆地实施。这尤其适用于丝杠螺母的内螺纹，但有利地同样适用于丝杠的外螺纹。

在丝杠螺母的相应地倒圆的过渡部的情况下有利的是：该丝杠螺母具有螺纹横截面，该螺纹横截面的螺纹齿顶在螺纹螺旋的两个齿侧面之间连贯地被倒圆。因此取代传统的面接触可获得螺纹齿顶的点接触，这同样起到减振以及降噪的作用。在实际中有利的是：至少对丝杠螺母的螺纹齿顶而言，倒圆半径处于螺纹导程除以螺纹线数n(在多线丝杠的情况下n>1)的商的0.1倍至0.5倍的范围内。连贯的倒圆同样可设置在丝杠的外螺纹上，然而在这里由于显著较窄的螺纹根部，所以以相应地在开头提到的系数减小的曲率半径也是符合目的。

在相应地被倒圆的齿几何形状中有利的是：丝杠螺母具有内螺纹，该内螺纹的螺纹深度比丝杠上的外螺纹的螺纹深度小。通过该方式可实现，即使在不希望的倾斜跑偏的情况下在外螺纹的螺纹齿顶和丝杠芯上的螺纹槽的底部(槽底)之间也仅形成最小接触(在所述纵截面中为点接触)。内螺纹的螺纹齿顶和外螺纹的芯上的槽底之间的接触在任何情况下都不发生，即使在意外的横向负载或变形时也不发生。

符合目的地由工程塑料制成丝杠螺母。特别优选由工程塑料，可注塑的、优选免润滑的高性能聚合物制成丝杠螺母，所述高性能聚合物尤其具有填充剂和/或增强剂以改善疲劳强度且减小摩擦系数。在特别优选的实施方式中，将丝杠螺母制成为一体件。这优选例如可在一个工序中完全通过注塑方法进行，即，丝杠螺母完整地被铸出螺母螺纹；或也可通过对铸造或挤出成型的毛坯切削加工制成。必要时在两种情况中都可在内螺纹区域中切削式或切削加工式地再加工，例如通过车削或镗削。也可设想以两个事后接合的半壳制成并且在注塑工艺上可更简单地实现。但一体的丝杠螺母相比而言在没有特别措施的情况下就可达到高的精度。

优选的实施方式是多线的，以提高负荷能力。通过由塑料一体地制成使得在技术上能以较小的耗费实现制造三线、四线、五线等直至大数量螺纹线(例如具有二十线内螺纹)的丝杠螺母。

所提出的丝杠螺母或所提出的滑动式螺纹传动装置特别适合于处于1:10至2：1范围内的传动比。相应地将内螺纹和外螺纹符合目的地制成有处于3-30mm范围内的公称直径(在外螺纹的情况下，等于外直径)并且制成有处于1-200mm范围内、尤其2.5-100mm范围内的导程。在上下文中要指出，螺纹中径由于不相等的尺寸而并不位于在其上螺纹槽和螺纹齿具有相等宽度的高度上。简化地可将芯直径和公称直径之间的平均值用作螺纹中径以算出导程。

丝杠自身可为纯金属丝杠，例如由铬镍不锈钢或由铝制成。但处于本发明的范畴内的还有纯塑料丝杠，尤其是由强度比丝杠螺母的内螺纹的塑料的强度或丝杠整体上的强度高的塑料制成的丝杠。还处于本发明的范畴中的是：例如为了改善抗磨损强度和/或优化摩擦系数，还给塑料丝杠或金属丝杠设置合适的涂层。本发明与滑动式螺纹传动装置无关地整体上也涉及丝杠螺母自身并且该丝杠螺母具有之前提到的特征。该丝杠螺母例如可实施为法兰螺母。

本发明最后同样涉及这种螺母在滑动式螺纹传动装置中的应用。本发明的典型的应用领域是以下领域：在其中免润滑性是特别有利或希望的，例如在净化室技术或药物技术中。但根据本发明的滑动式螺纹传动装置和相应的丝杠螺母也适合于很多其他应用领域，例如汽车构造、自动化设备等。

附图说明

本发明的其他细节和优点在后面在不限制保护范围的情况下通过参照附图对优选实施方式的描述获得。

在此:

图1根据本发明的一种实施例的滑动式螺纹传动装置的区段的立体图；

图2图1的滑动式螺纹传动装置的侧视图；

图3滑动式螺纹传动装置的丝杠和丝杠螺母的主轴上的根据图2中的剖面线III-III的纵剖图；

图4丝杠螺母的相应于图3中IV的放大的螺纹横截面。

具体实施方式

图1-4示出滑动式螺纹传动装置10，其用于将丝杠11的转动转化成丝杠螺母12的纵向运动。丝杠螺母12由塑料通过注塑一体地制成。丝杠螺母12由高性能聚合物构成，该高性能聚合物尤其具有用于实现免润滑剂的且低摩擦的运行的填充剂和/或增强剂。丝杠11由铬镍不锈钢构成，该铬镍不锈钢与丝杠螺母12的工程塑料相比具有较高的强度。丝杠11的外螺纹30例如是五线的，即具有五条螺纹螺旋31。丝杠螺母12的内螺纹20也相应于丝杠的五条螺纹螺旋31地在其顶部以约半径R2同样连贯地倒圆。

如最好从图3-4中可看到的那样，内螺纹20和外螺纹30实施成相对彼此不对称，因为丝杠螺母12的螺纹螺旋21的尺寸定得比丝杠11的螺纹螺旋31显著地大。内螺纹20的螺纹槽或螺纹沟道22与外螺纹30的螺纹沟道22表现为相应地相互共轭或互补，因为丝杠螺母12的螺纹螺旋21与丝杠11的螺纹沟道32处于啮合中以及反之。

如更详细地可从图4(即丝杠螺母12的内螺纹20的螺纹横截面的放大图)中得知的那样，内螺纹20具有螺纹横截面，在该螺纹横截面中，螺纹螺旋21的齿廓截面面积S1(粗阴影线)在这里为丝杠螺母12的螺纹沟道22(即螺纹槽)的空缺的沟道截面面积S2(细阴影线)的约1.28-1.32倍大。因此，商S1/S2在该实施例中满足不等式1.28≤S1/S2≤1.32(其中，视说明中的构造大小而定可有在约1-5％范围内的测量公差或制造公差)

齿廓截面面积S1和沟道截面面积S2在此是在相应于图4的齿廓截面中测量的、位于以虚线绘制的纵轴线平行线之间的面积，其中，一条平行线(图4左边的)延伸通过螺纹根部26或者说形成槽底25的切线而另一平行线形成齿顶24的切线。

由于丝杠螺母12的螺纹螺旋21与丝杠11的螺纹螺旋31相比可感知地更大的尺寸，所以在塑料的强度相同的情况下可接受显著较高的轴向负载，或者说可在迄今需要使用金属丝杠螺母的地方使用塑料丝杠螺母。该效应尤其在大的螺纹导程的情况下以下述方式被协同增强：多线的内螺纹(在图1至4中例如五线的内螺纹20)可用塑料尤其以注塑方法显著轻地制造或可能首先用塑料制造。

如从图4中可看到的那样，在丝杠螺母12中，从齿侧面23到螺纹齿顶24的过渡部和从齿侧面23到槽底25的过渡部被倒圆，以减弱振动。螺纹齿顶24优选在齿侧面23之间连贯地(在齿廓截面中为正圆地)倒圆，优选以倒圆半径R1倒圆，例如在具有25mm导程(以及6.35mm公称直径)的5线螺纹中R1≈l.6mm，即R1相应于1/5导程(相应于螺纹螺旋加上螺纹沟道的、长5mm的轴向结构长度)的0.32倍。从每个齿侧面23到槽底25的过渡部也以倒圆半径R2倒圆，其中，R2<<R1。相应地，丝杠11的齿廓截面优选在两个过渡部上设有倒圆。因此，特别优选的是齿廓近似为圆螺纹、即完全没有棱边的实施方案。

原则上在运行中仅齿侧面23、33的螺旋形的面在彼此上滑动。为了在意外的倾斜跑偏或损伤时避免两侧接触或由此形成的固有振动，丝杠11的外螺纹30的螺纹深度T1稍微大于丝杠螺母12的内螺纹20的螺纹深度T2。因此最多在外螺纹30上的齿顶和内螺纹20的对应的槽底25之间形成螺旋形的线接触。

对置的齿侧面23、33在内螺纹20中以及在外螺纹30中分别实施成关于假想的径向平面镜像对称，所述镜像平面穿过图3-4中的齿廓截面。所述齿侧面围成对于传动螺纹而言不寻常地大的齿侧面角α，在根据图1-4的示例中为约50-60°。由于塑料特性和内螺纹20的螺纹螺旋21的良好的负荷能力可实现这样大的齿侧面角α。

始终要指出，丝杠螺母12与图1-3所示不同地尤其可实施为法兰螺母。

具有不对称的内螺纹和外螺纹的滑动式螺纹传动装置

附图标记列表

图1-4:

10 滑动式螺纹传动装置

11 丝杠

12 丝杠螺母

20 内螺纹或者说螺母螺纹

21 螺纹螺旋(内螺纹)

22 螺纹沟道(内螺纹)

23 齿侧面

24 齿顶

25 槽底

26 螺纹根部

30 外螺纹或丝杠螺纹

31 螺纹螺旋(外螺纹)

32 螺纹沟道(外螺纹)

33 齿侧面

α 齿侧面角

R1 半径(齿顶处的)

R2 半径(槽底处的)

S1 齿廓截面面积

S2 沟道截面面积

Tl 螺纹深度(丝杠)

T2 螺纹深度(丝杠螺母)

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种滑动式螺纹传动装置(10)，其用于将旋转运动转换成纵向运动或反之，该滑动式螺纹传动装置具有丝杠(11)和丝杠螺母(12)；

其中，至少所述丝杠螺母的内螺纹(20)或整个所述丝杠螺母(12)由塑料制成，而所述丝杠的外螺纹(30)与所述内螺纹(20)相比具有较高的强度；

其中，内螺纹(20)和外螺纹(30)实施成相互不对称；

其中，所述丝杠螺母(12)的内螺纹(20)具有螺纹横截面，在该螺纹横截面中螺纹螺旋(21)的确定用于啮合到所述丝杠的螺纹沟道(32)中的齿廓截面面积(S1)比所述丝杠螺母的螺纹沟道(22)的空缺的沟道截面面积(S2)大，尤其是为所述沟道截面面积的至少1.2倍；

其中，从齿侧面(23)到螺纹齿顶(24)的过渡部被倒圆；

其中，所述丝杠螺母(12)具有螺纹横截面，该螺纹横截面的螺纹齿顶(24)在所述齿侧面(23)之间连贯地被倒圆，以实现所述螺纹齿顶的点接触。

2.根据权利要求1所述的滑动式螺纹传动装置，其特征在于，齿廓截面面积(S1)与沟道截面面积(S2)的商的值在1.2至2的范围内，尤其在1.25至1.4的范围内。

3.根据权利要求1或2所述的滑动式螺纹传动装置，其特征在于，从齿侧面(23)到槽底(25)的过渡部被倒圆。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的滑动式螺纹传动装置，其特征在于，所述螺纹齿顶(24)在所述齿侧面(23)之间按照一倒圆半径(R1)连贯地被倒圆，该倒圆半径处于螺纹导程和螺纹线数的商的值的0.1倍至0.5倍的范围内。

5.根据权利要求4所述的滑动式螺纹传动装置，其特征在于，所述丝杠螺母的内螺纹的螺纹深度(T2)比所述丝杠的外螺纹的螺纹深度(T1)小。

6.根据前述权利要求中任一项所述的滑动式螺纹传动装置，其特征在于，所述丝杠螺母(12)一体地制成，尤其完全以注塑方法制成或通过对一体式毛坯进行切削加工来制成。

7.根据权利要求5所述的滑动式螺纹传动装置，其特征在于，所述丝杠螺母(12)由可注塑并且免润滑的高性能聚合物构成，所述高性能聚合物尤其具有填充剂和/或增强剂。

8.根据前述权利要求中任一项所述的滑动式螺纹传动装置，其特征在于，相对置的齿侧面(23)镜像对称地实施成具有用于传动螺纹的齿侧面角(α)，该齿侧面角尤其处于30°至70°的范围内。

9.根据前述权利要求中任一项所述的滑动式螺纹传动装置，其特征在于，丝杠螺母(12)和丝杠(11)实施成多线的，尤其实施成具有多于两条并且直至二十条的螺纹螺旋(21；31)，优选实施成具有用于处于1:10至2:1的范围内的传动比的公称直径和导程。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的滑动式螺纹传动装置，其特征在于，所述丝杠(11)

-完全由塑料制成；

-完全由金属制成，尤其由铬镍不锈钢或铝制成；或者

-由塑料或金属制成，并且至少外螺纹具有涂层、尤其是金属的抗磨损涂层。

11.用于根据权利要求1至10中任一项所述的滑动式螺纹传动装置的丝杠螺母(12)，

其中，至少所述丝杠螺母(12)的内螺纹(20)或整个所述丝杠螺母(12)由塑料制成；并且具有不对称的螺纹横截面；

其中，所述丝杠螺母(12)的内螺纹(20)具有螺纹横截面，在该螺纹横截面中螺纹螺旋(21)的确定用于啮合到所述丝杠的螺纹沟道(32)中的齿廓截面面积(S1)比所述丝杠螺母的螺纹沟道(22)的空缺的沟道截面面积(S2)大，尤其为所述沟道截面面积的至少1.2倍；

其中，从齿侧面(23)到螺纹齿顶(24)的过渡部被倒圆；

其中，所述丝杠螺母(12)具有螺纹横截面，所述螺纹横截面的螺纹齿顶(24)在所述齿侧面(23)之间连贯地被倒圆，以实现所述螺纹齿顶(24)的点接触。

12.根据权利要求11所述的丝杠螺母，其特征在于，齿廓截面面积(S1)与沟道截面面积(S2)的商的值处于1.2至2的范围内，尤其处于1.25至1.4的范围内。

13.根据权利要求11或12所述的丝杠螺母，其特征在于，从齿侧面(23)到槽底(25)的过渡部被倒圆。

14.根据权利要求13所述的丝杠螺母，其特征在于，所述螺纹齿顶(24)在所述齿侧面(23)之间相应于一倒圆半径(R2)连贯地被倒圆，该倒圆半径处于螺纹导程与螺纹线数的商的值的0.1至0.5倍的范围内。

15.根据权利要求11至14中任一项所述的丝杠螺母，其特征在于，所述丝杠螺母(12)一体地制成，尤其完全以注塑方法制成或通过对铸造或挤出成型的一体毛坯进行切削加工来制成。

16.根据权利要求15所述的丝杠螺母，其特征在于，所述丝杠螺母(12)由可注塑并且免润滑的高性能聚合物制成，所述高性能聚合物尤其具有填充剂和/或增强剂。

17.根据权利要求11至16中任一项所述的丝杠螺母，其特征在于，所述丝杠螺母(12)实施成多线的，尤其实施成具有3至20条螺纹螺旋(21)。

18.根据权利要求11至17中任一项所述的丝杠螺母，其特征在于，所述丝杠螺母(12)实施成具有用于以下传动比的公称直径和导程：所述传动比处于1:10至2:1的范围内。

19.根据权利要求11至17中任一项所述的丝杠螺母，其特征在于，相对置的齿侧面(23)镜像对称地实施成具有用于传动螺纹的齿侧面角(α)，该齿侧面角尤其处于30°至70°的范围内。

20.根据权利要求11至19中任一项所述的丝杠螺母，

其特征在于，所述丝杠螺母(12)实施为法兰螺母。